实验5.2无水硫酸铜的制备扩展资料

实验5.2五水硫酸铜的制备（硝酸法）一、五水硫酸铜的用途硫酸铜是较重要的铜盐之一，在电镀、印染、颜料、农药等方面有广泛应用。无机农药波尔多液就是硫酸铜和石灰乳混合液，它是一种良好的杀菌剂，可用来防治多种作物的病害。1878年在法国波尔多城，葡萄树发生虫病大部分死去，而大路两边的树，怕行人摘吃，在树干上涂了生石灰与硫酸铜溶液，树干弄得花白，行人看了难受不敢摘吃，这些树却没有死，进一步研究才知此混合液具有杀菌能力，因而名为波尔多液。配制波尔多液，硫酸铜和生石灰（最好是块状新鲜石灰）比例一般是1∶1或1∶2不等，水的用量亦由不同作物、不用病害以及季节气温等因素来决定。配制时最好用“两液法”，即先将硫酸铜和生石灰分别跟所需半量水混合，然后同时倾入另一容器中，不断搅拌，便得天蓝色的胶状液。波尔多液要现配现用，因放置过久，胶状粒子会逐渐变大下沉而降低药效。硫酸铜也常用来制备其他铜的化合物和电解精炼铜时的电解液。五水硫酸铜可由氧化铜与硫酸或铜与浓硫酸作用后，浓缩结晶而制得。在实验室中可用浓硫酸氧化金属铜来制取无水硫酸铜。中医应用催吐，祛腐，解毒；治风痰壅塞，喉痹，癫痫，牙疳，口疮，烂弦风眼，痔疮，肿毒。二、晶系1.CuSO₄·5H₂O属于三斜晶系。晶体作扳状或短柱状，通常为致密块状、钟乳状、被膜状、肾状，有时具纤维状。颜色为天蓝、蓝色，有时微带浅绿。条痕无色或带浅蓝。光泽玻璃状。半透明至透明。断口贝壳状。硬度2.5。比重2.1～2.3。性极脆。常产于铜矿的次生氧化带中。2.晶体通常可以分为七个不同的晶系，即等轴晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系。其中的等轴晶系具有各向同性，属于高级晶族。晶系的特征与细分关系如下表:晶族晶系点群的对称性点群空间群布拉菲晶格晶格系统三斜晶系无221三斜晶系单斜晶系1个两次对称轴或1个对称面3132单斜晶系斜方晶系3个两次对称轴或1个两次对称轴+2个对称面3594斜方晶系四方晶系(立方晶系)1个四次对称轴7682四方晶系六方晶系三方晶系1个三次对称轴571三角晶格181六方晶系六方晶系1个六次对称轴727等轴晶系4个三次对称轴5363等轴晶系三斜晶系的矿物既无对称轴也无对称面，有的属于该晶系的矿物甚至连对称中心也没有。三个结晶轴均斜交α≠β≠γ≠90o;a≠b≠c.主折射率有三个方向并且与结晶轴无关。代表矿物：日光石、月光石、蔷薇辉石。单斜晶系无高次对称轴，二次对称轴和对称面都不多于一个。晶体以唯一一个二次轴或对称面法线为b轴。b轴和a轴、C轴均正交，a轴，c轴斜交。α=γ=90o，β≠90o；a≠b≠c。折射率有3个，其中仅有一个主折射率方向和b轴重合。代表矿物：锂辉石、绿帘石。单斜晶系简单单斜特殊单斜正交晶系，也叫斜方晶系。该晶系特点是没有高次对称轴，二次对称轴和对称面总和不少于三个。晶体以这三个互相垂直的二次轴或对称面法线为结晶轴。α=β=γ=90o；a≠b≠c。非均质性强，具有三个不同的主折射率。代表矿物：黄玉、橄榄石、金绿宝石。正交晶系简单正交底心正交体心正交面心正交四方晶系，也叫正方晶系，它具有一个4次对称轴，该轴是晶体的直立对称轴C轴，另外两个水平对称轴和C轴相互垂直相交。轴角α=β=γ=90°，轴单位a=b≠c。代表矿物：锆石。四方晶系简单四方体心四方特征以晶体的一个三次对称轴或者三次倒转轴为c轴，三个水平轴正端120°且与c轴正交。通常采用四轴定向。α=β=90°；γ=120°；a≠b≠c。但是也有部分三方晶系的宝玉石采用三轴定向。在这种情况下c轴不是三次对称轴。三个结晶轴和三次对称轴均呈斜交状态并且角度相同。彼此绕三次对称轴分布α′=β′=γ′≠90°，a′=b′=c′常见单形：三方柱菱面体三方单锥代表矿物：水晶，红宝石、蓝宝石（即刚玉）。分类名称国际标记法熊夫利标记法[1]例完满性三方晶系D3d方解石、刚玉、赤铁矿异极性三方晶系C3v电气石、明矾斜方面状三方晶系S6白云石、钛铁矿偏形三方晶系32D3石英、朱砂斜方面状三方晶系C3六方晶系，有一个6次对称轴或者6次倒转轴，该轴是晶体的直立结晶轴C轴。另外三个水平结晶轴正端互成1200夹角。轴角α=β=900，γ=1200，轴单位a=b≠c。代表矿物：祖母绿、硼铝石。立方晶系，也叫等轴晶系，它有4个三重对称轴以及3个互相垂直的4次对称轴或者3个相互垂直的二重对称轴。其中的3个互相垂直的4次对称轴或者3个相互垂直的二重对称轴是晶体结晶轴。轴角α=β=γ=90o，轴单位a=b=c。所以凡是等轴晶系的晶体在各个方向上的性质——光学性质、电磁性、折射率都相同。即具有所谓各向同性。代表矿物：金刚石、尖晶石等立方晶系简单立方体心立方面心立方三、五水硫酸铜晶体的结构五水合硫酸铜晶体结构：CuSO4·5H2O晶体结构中，Cu离子呈八面体配位，为四个H2O和两个O所围绕。第五个H2O与Cu八面体中的两个H2O和SO42-中的两个O连接，呈四面体状，在结构中起缓冲作用。差热曲线分析：差热曲线在185℃时出现显著的吸热谷。310℃时出现较小的吸热谷，是由于脱水引起的。当加热至805℃和875℃时出现两个连续的吸热谷是由于脱失硫酸根引起的。一些高校无机化学教材用类似如下的简单平面结构式表示CuSO4·5H2O的结构。教材还说明，胆矾加热至375K先失去上图左边的2个非氢键水，到423K又失去上图右边所示的（标号3、4）的2个水分子，加热到523K失以氢键与硫酸根结合的水。《中学百科全书-化学卷》（97年版）对CuSO4·5H2O结构的说明是：4个水分子以平面四边形配位在铜离子周围，第5个水分子以氢键把硫酸根中的氧原子和铜离子配位的水分子结合在一起。该资料还说明，胆矾加热至102℃先失去2个水分子，到113℃又失去2个水分子，加热到258℃再失去一个水分子。还有一些网上资料提供了其他说法，如：五水硫酸铜在常温常压下很稳定，不潮解，在干燥空气中会逐渐风化，加热至45℃时失去二分子结晶水，110℃时失去四分子结晶水，150℃时失去全部结晶水而成无水物。无水物也易吸水转变为五水硫酸铜。对几个资料做比较分析，可以看到，几个资料都说明胆矾晶体（CuSO4·5H2O）中4个水分子与铜离子以配位键结合，另一个水分子以氢键分别与硫酸根离子、与铜离子配位的水分子结合。由于5个水分子在晶体中结合方式不同，因此加热失水所需要的温度也不同，只与铜离子以配位键结合的2个水分子先失去，与铜离子以配位键结合又以氢键与第5个水分子结合的2个水分子在更高一些的温度下失去，最后失去的是以4个氢键与硫酸根离子、配位水结合的第5个结晶水。区分胆矾晶体（CuSO4·5H2O）中的结晶水分子是以是晶体失水时所克服的作用力大小区分3种，还是以是否与铜离子形成配位键结合区分为2种，都可以说的通。但是，如果不讲前提条件，只说CuSO4·5H2O中5个水分子可以分几种，就让人为难了。四、结晶水合物带结晶水数目的决定因素当盐溶解在水中时，阴离子和阳离子会分别吸引极性水分子的正极和负极一端，从而形成水合离子。阳离子通常都比阴离子小，所以与水分子间的吸引力远比阴离子强，能形成比较稳定或相当稳定的水合离子，以致有些盐从溶液中结晶析出时，晶体内仍带有一定个数的水分子。阳离子水合能力的大小，主要决定于阳离子的大小和所带电荷的多少。阳离子的半径越小，电荷越多，水合能力就越大。在碱金属中，除半径小的Li+、Na+离子能形成水合离子时，其余的K+、Rb+、Cs+离子都不易形成水合离子。对碱土金属来说，由于电荷增多，半径减小，形成水合离子的倾向增大。不过这种倾向，同样随着碱土金属离子半径的增大而减小。阳离子所吸引的水分子数目同样与半径和电荷有关，半径较大、电荷较多的阳离子，既有较强的水合倾向，又能吸引较多的水分子。五、其他有关五水硫酸铜英文名称：CopperSulfatePentahydrate五水硫酸铜，化学式为CuSO₄·5H₂O（是纯净物），为蓝色晶体，其分子式的量为249.68。含水量36%。是无水硫酸铜吸水后形成的。俗称：水合硫酸铜、胆矾、蓝矾、铜矾、石胆、毕石、黑石、铜勒、胆子矾、鸭嘴胆矾、翠胆矾。胆矾是天然的含水硫酸铜，是五水硫酸铜（CuSO₄·5H₂O）的俗称，是分布很广的一种硫酸盐矿物。它是铜的硫化物被氧分解后形成的次生矿物。为不规则的块状结晶体，大小不一。深蓝或浅蓝色，半透明。似玻璃光泽。质脆，易碎，碎块呈棱柱形，断面光亮。无臭，味涩，能令人作呕。以块大、深蓝色、透明、无杂质者为佳。露置干燥空气中，缓缓风化。加热烧之，则失去结晶水，变成白色，遇水则又变蓝色。易溶于水及甘油，不溶于乙醇。水溶液显铜盐及硫酸盐的各种特殊反应。胆矾产于铜矿床的氧化带，也经常出现在矿井的巷道内壁和支柱上，这是由矿井中的水结晶而成的。五水硫酸铜在常温常压下很稳定，不潮解，在干燥空气中会逐渐风化，加热至45℃时失去二分子结晶水，110℃时失去四分子结晶水，称作一水硫酸铜。200℃时失去全部结晶水而成无水物。无水物也易吸水转变为五水硫酸铜。无水硫酸铜（白色或灰白色粉末）吸水后反应生成五水硫酸铜（蓝色），常利用这一特性来检验某些液态有机物中是否含有微量水分。二者注意区分。将无水硫酸铜加热至650℃高温，可分解为黑色氧化铜、二氧化硫及氧气（或三氧化硫）。鉴别：（1）取本品约1g，加热灼烧，变为白色，遇水则又变为蓝色[6]。（检查结晶水）（2）取本品约0.5g，加水5ml使溶解，滤过，滤液照下述方法试验。①取滤液约1ml，滴加氨试液，即生成淡蓝色沉淀；再加过量的氨试液，沉淀即溶解，生成深蓝色溶液。（检查铜盐）②取滤液约1ml，加亚铁氰化钾试液，即显红棕色或生成红棕色沉淀。（检查铜盐）③取滤液约1ml，加氯化钡试液，即生成白色沉淀；分离，沉淀在盐酸或硝酸中均不溶解。（检查硫酸盐）④取滤液约1ml，加醋酸铅试液，即生成折色沉淀；分离，沉淀在醋酸铵试液或氢氧化钠试液中溶解。（检查硫酸盐）。预处理饲料级沙状五水硫酸铜，除具有硫酸铜的功能外还具有在使用过程中，粉尘较少，大大地减少环境污染和对工人皮肤、呼吸道的刺激；同时更能保证预混料中铜的添加量。流动性较好，在生产过程中混合均匀度较好；同时不易出现结块现象。本品在生产过程中，因为不添加任何载体，故不存在与其它物质接触而产生的物理、化学变化。由于在预混合饲料、饲料中，与维生素、氨基酸等营养物质的接触面较小，从而减少对上述营养物质的破坏。由于本品属沙粒状，与空气接触面小，故可以减少铜离子的氧化，从而提高其效价。游离酸含量低。硫酸铜晶体中每一组铜离子、硫酸根离子与结晶水分子的个数是1：10，呈蓝色，在加热的条件下，结晶水可全部失去，硫酸铜晶体变成白色。在制作较大的固体晶体时，由于五水硫酸铜在水中的溶解度受温度影响较大，所以可以采用高温溶解，降温结晶的方法制作。可将较小晶体放在40度左右的饱和溶液中降温结晶来得到较大晶体。无水合硫酸铜晶体失水分三步上图中两个仅以配位键与铜离子结合的水分子最先失去，大致温度为102摄氏度。两个与铜离子以配位键结合，并且与外部的一个水分子以氢键结合的水分子随温度升高而失去，大致温度为113摄氏度。最外层水分子最难失去，因为它的氢原子与周围的硫酸根离子中的氧原子之间形成氢键，它的氧原子又和与铜离子配位的水分子的氢原子之间形成氢键，总体上构成一种稳定的环状结构，因此破坏这个结构需要较高能量。失去最外层水分子所需温度大致为258摄氏度。六、无水硫酸铜硫酸铜，化学式CuSO4，无水为白色粉末，含水为蓝色粉末，或因不纯而呈淡灰绿色，是可溶性铜盐。硫酸铜常见的形态为其结晶体，一水合硫酸四水合铜(［Cu（H2O）4］SO4·H2O，五水合硫酸铜），为蓝色固体。其水溶液因水合铜离子的缘故而呈现出蓝色，故在实验室里无水硫酸铜常被用于检验水的存在。在现实生产生活中，硫酸铜常用于炼制精铜，与熟石灰混合可制农药波尔多液。硫酸铜属于重金属盐，有毒，成人致死剂量0.9g/kg。若误食，应立即大量食用牛奶、鸡蛋清等富含蛋白质食品，或者使用EDTA钙钠盐解毒。硫酸铜亦是矿石中药材蓝矾